mMDW恒压供水压力传感器测量供水压力(1)
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给定值变频器 水泵 用户管网+压力变送器图4-6恒压供水系统方框图
压力
3 单元4 MD-W 恒压供水压力传感器测量供水压力三、变频恒压供水系统控制流程图：PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场 的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，该系统的控制流程图如图4-7所示。 从图中可看出，系统可分为：执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分，具体 为：
教 学 重 点 难 点
重 点
难点
恒压供水压力传感器的连接方式以及调试 方法
恒压供水压力传感器安装与调试过程中遇到的问题
单元4 MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
一 、变频恒压供水系统：1、变频恒压控系统外形及工作原理如图1和2所示：
单元4 MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
单元4一、变频恒压供水系统
MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
图4-4 扩散硅压阻式压力传感器结构图1 — 低压腔2 — 高压腔3 一 硅杯4 — 引线5 — 硅膜片
(110)
4、 扩散硅压阻式压力传感器采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀半导体电阻应变薄 膜。工作原理：膜片两边存在压力差时，膜片产生变形，膜片上各点产生应力。四 个电阻在应力作用下，阻值发生变化，电桥失去平衡，输出相应的电压，电压与膜 片两边的压力差成正比。四个电阻的配置位置：按膜片上径向应力or 和切向应力σt 的分布情况确定。设 计时，适当安排电阻的位置，可以组成差动电桥。在膜片位移量远小于膜片的厚度时，受均匀压力的圆形硅膜片上各点的径向应 力or和切向应力σt,可分别用下式计算：
图4-2 变频恒压控系统工作原理图
图4-1 变频恒压控系统
变频控 制柜
压力传感仪表
市政水源
o N 又
石 N 2
水池
HON-
2、变频恒压控制系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现 出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是 一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以， 在某个特定时段内， 恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上。 图3为变频恒压控制原理图。
压力变送器用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出水口，压力传 感器和压力变送器是将水管中的水压变化转变为1~5V或4~20mA的模拟量信号，作为模拟输入模块(A/D模块)的输入，在选择时，为了防止传输 过程中的干扰与损耗，我们采用4~20mA输出压力变送器。根据以上的分析，本设计中选用MD-W恒压供水压力传感器实现 压力的检测、显示和变送。其外形如图4-9 所示。
单元4 MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
反馈参数压力传感器图4-3变频恒压控制原理图
实际压力管 网转速泵 水
给定参数变频器 (PID)
一、变频恒压供水系统
频率
3
一 、 变频恒压控制理论模型：从图4-3中可以看出，在系统运行过程中，如果实际供水压力低于 设定压力，控制系统将得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计 算出变频器输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定 压力的差值，将这个增量和变频器当前的输出值相加，得出的值即为变 频器当前应该输出的频率。该频率使水泵机组转速增大，从而使实际供 水压力提高，在运行过程中该过程将被重复， 直到实际供水压力和设定 压力相等为止。如果运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好 相反，变频器的输出频率将会降低，水泵的转速减小，实际供水压力因 此而减小。同样，最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等。
一、变频恒压供水系统
图4-5 恒流源供电的全桥差动电路
=I△R
3 单元4 MD-W 恒压供水压力传感器测量供水压力二、恒压供水控制系统构成变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等 构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵连成 一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实 现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。 异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现 调速的。图4-6为恒压供水系统方框图。
MD-W恒压供水压力传感器 测量供水压力
五、压力变送器的选型
单元4
3
MD-W主要技术参数如下：量程：0～1.6Mpa 过载压力：200%精度等级：0.5%FS 长期稳定性：0.2%FS/年(典型值) 供电电压：12～36 VDC (典型值24) 输出信号：4-20 mA (二线制)使用温度： -20～80℃ 储存温度： -40～100℃补偿温度： -10～60℃ 响应时间：≤1 ms绝缘强度：500 V DC 密封性能： IP65短路保护：有 反极性保护：有压力接口： M20*1.5G1/2 出线方式： DIN出线测量介质：水、空气等与不锈钢兼容的介质压力接口：不锈钢 重量：100g壳 体：特种工程塑料
MD-W恒压供水压力传感器 测量供水压力
五、压力变送器的选型
单元4
3
归纳总结MD-W恒压供水压力传感器是工程中应用较为广泛的一种传感器，压力传感器选型、安装直接关乎压力测量的 准确性，为此要引起高度重视。作业简述MD-W恒压供水压力传感器安装注意事项。
MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
单元4
液位变送器用户水泵机组水池图4-7 变频恒压控制原理图
变频器压力变送器M
报警信号水池水位信号，
PLC(含PID)
管网压历信号
3 单元4 MD-W 恒压供水压力传感器测量供水压力四、恒压供水压力控制原理框图设计：变频恒压供水系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的 实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一 个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控 制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上。变频压力传感器扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条， 接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻 条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量 电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。图4-4为扩散硅压阻式压力传感器结构图。
单元4 MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
三、 归纳总结四、作业
MM
教 学 目 标
能力目标
知识目标
(1)能够正确的安装恒压供水压力传感器 (2)熟练的完成接线；(3)能够根据功能调试恒压供水压力传感器
(1)恒压供水压力传感器的工作原理 与特性 ；(2)恒压供水压力传感器的连接方式 以及调试方法(3)恒压供水压力传感器安装调试注 意事项。
给定PID D/A 变频器
图4-8变频恒压系统结构框图
管网压力管道
水泵 机组
接触 器
压力变送器
PLC
A/D
3 单元4 MD-W恒压供水压力传感器测量供水压力四、恒压供水压力控制原理框图设计：恒压供水系统通过安装在用户供水管道上的压力变送器实时地测量参考 点的水压，检测管网出水压力，并将其转换为4—20mA的电信号，此检测信号是实现恒压供水的关键参数。由于电信号为模拟量，故必须通过PLC的A/D转换模块才能读入并与设定值进行比较，将比较后的偏差值进行PID运算，再将运算后的数字信号通过D/A转换模块转换成模拟信号作为变频器的输入信号，控制变频器的输出频率，从而控制电动机的转速， 进而控制水泵的供水流量，最终使用户供水管道上的压力恒定，实现变频 恒压供水。
MD-W恒压供水压力传感器 测量供水压力
五、压力变送器的选型
图4-9 MD-W 恒压供水压力变送器
单元4
MD-W 恒压供水压力传感器，针对在供水系统中变频器的使用，采用抗变频干扰电路，保证输出信号的稳定性。同时，专用电路中对传感器 的偏移、灵敏度、温漂和非线性进行精密补偿，使之具有集成度高、体积 小、精度高、 一致性好、抗干扰能力强、响应速度快等特性。产品特点：>抗变频干扰设计。>多种压力接口，根据客户需要定制压力接口。>可选复合压力量程， 如-100Kpa～1Mpa…1.6Mpa…10MPa。 >体积小、易安装。9-3 2V宽电源供电。优秀的长期稳定性。
项目二压力传感器及其仪表 的安装与调试
任务三压力感器的安装与调试
单元内容一、项目引入二、知识讲解1、 了解变频恒压供水调节系统的工艺 要求及恒压供水系统压力测量系统；2、 熟悉恒压供水系统常用传感器的种 类及选取；3、 掌握恒压供水系统常用传感器的接 线及控制方案设计、安装与调试；4、MD-W恒压供水系统压力传感器的原理 、安装与调试；5、 恒压供水系统压力控制与检测。
单元4 MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
一 、变频恒压供水系统
电桥的输出电压与电阻变化成正比，与恒流源电流成正比，但与温度 无关，因此测量不受温度的影响。
4、扩散硅压阻式压力传感器检测电路设△R₁ 为温度引起的电阻变化：
单元4 MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
电桥的输出为：U₀=UBp
MD-W恒压供水压力传感器 测量供水压力
单元4
3
3 单元4 MD-W恒压供水压力传感器测量供水压力一 、变频恒压供水系统3、 恒压供水压力传感器恒压供水压力传感器是在单晶硅片上扩散上一个惠斯通电桥，电压阻 效应使桥壁电阻值发生变化，产生一个差动电压信号。此信号经专用放大 器，再经电压电流变换，将量程相对应的信号转化成标准4~20mA/0~5VDC/0~10VDC 信号。压阻效应：固体受到作用力后，电阻率就要发生变化，这种效应称为 压阻效应。半导体材料的压阻效应特别强。半导体材料的电阻值变化，主 要是由电阻率变化引起的，而电阻率p的变化是由应变引起的。
压力
3 单元4 MD-W 恒压供水压力传感器测量供水压力三、变频恒压供水系统控制流程图：PLC控制变频恒压供水系统主要有变频器、可编程控制器、压力变送器和现场 的水泵机组一起组成一个完整的闭环调节系统，该系统的控制流程图如图4-7所示。 从图中可看出，系统可分为：执行机构、信号检测机构、控制机构三大部分，具体 为：
教 学 重 点 难 点
重 点
难点
恒压供水压力传感器的连接方式以及调试 方法
恒压供水压力传感器安装与调试过程中遇到的问题
单元4 MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
一 、变频恒压供水系统：1、变频恒压控系统外形及工作原理如图1和2所示：
单元4 MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
单元4一、变频恒压供水系统
MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
图4-4 扩散硅压阻式压力传感器结构图1 — 低压腔2 — 高压腔3 一 硅杯4 — 引线5 — 硅膜片
(110)
4、 扩散硅压阻式压力传感器采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀半导体电阻应变薄 膜。工作原理：膜片两边存在压力差时，膜片产生变形，膜片上各点产生应力。四 个电阻在应力作用下，阻值发生变化，电桥失去平衡，输出相应的电压，电压与膜 片两边的压力差成正比。四个电阻的配置位置：按膜片上径向应力or 和切向应力σt 的分布情况确定。设 计时，适当安排电阻的位置，可以组成差动电桥。在膜片位移量远小于膜片的厚度时，受均匀压力的圆形硅膜片上各点的径向应 力or和切向应力σt,可分别用下式计算：
图4-2 变频恒压控系统工作原理图
图4-1 变频恒压控系统
变频控 制柜
压力传感仪表
市政水源
o N 又
石 N 2
水池
HON-
2、变频恒压控制系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现 出口总管网的实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是 一个常数，也可以是一个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以， 在某个特定时段内， 恒压控制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上。 图3为变频恒压控制原理图。
压力变送器用于检测管网中的水压，常装设在泵站的出水口，压力传 感器和压力变送器是将水管中的水压变化转变为1~5V或4~20mA的模拟量信号，作为模拟输入模块(A/D模块)的输入，在选择时，为了防止传输 过程中的干扰与损耗，我们采用4~20mA输出压力变送器。根据以上的分析，本设计中选用MD-W恒压供水压力传感器实现 压力的检测、显示和变送。其外形如图4-9 所示。
单元4 MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
反馈参数压力传感器图4-3变频恒压控制原理图
实际压力管 网转速泵 水
给定参数变频器 (PID)
一、变频恒压供水系统
频率
3
一 、 变频恒压控制理论模型：从图4-3中可以看出，在系统运行过程中，如果实际供水压力低于 设定压力，控制系统将得到正的压力差，这个差值经过计算和转换，计 算出变频器输出频率的增加值，该值就是为了减小实际供水压力与设定 压力的差值，将这个增量和变频器当前的输出值相加，得出的值即为变 频器当前应该输出的频率。该频率使水泵机组转速增大，从而使实际供 水压力提高，在运行过程中该过程将被重复， 直到实际供水压力和设定 压力相等为止。如果运行过程中实际供水压力高于设定压力，情况刚好 相反，变频器的输出频率将会降低，水泵的转速减小，实际供水压力因 此而减小。同样，最后调节的结果是实际供水压力和设定压力相等。
一、变频恒压供水系统
图4-5 恒流源供电的全桥差动电路
=I△R
3 单元4 MD-W 恒压供水压力传感器测量供水压力二、恒压供水控制系统构成变频恒压供水系统的供水部分主要由水泵、电动机、管道和阀门等 构成。通常由异步电动机驱动水泵旋转来供水，并且把电机和水泵连成 一体，通过变频器调节异步电机的转速，从而改变水泵的出水流量而实 现恒压供水的。因此，供水系统变频的实质是异步电动机的变频调速。 异步电动机的变频调速是通过改变定子供电频率来改变同步转速而实现 调速的。图4-6为恒压供水系统方框图。
MD-W恒压供水压力传感器 测量供水压力
五、压力变送器的选型
单元4
3
MD-W主要技术参数如下：量程：0～1.6Mpa 过载压力：200%精度等级：0.5%FS 长期稳定性：0.2%FS/年(典型值) 供电电压：12～36 VDC (典型值24) 输出信号：4-20 mA (二线制)使用温度： -20～80℃ 储存温度： -40～100℃补偿温度： -10～60℃ 响应时间：≤1 ms绝缘强度：500 V DC 密封性能： IP65短路保护：有 反极性保护：有压力接口： M20*1.5G1/2 出线方式： DIN出线测量介质：水、空气等与不锈钢兼容的介质压力接口：不锈钢 重量：100g壳 体：特种工程塑料
MD-W恒压供水压力传感器 测量供水压力
五、压力变送器的选型
单元4
3
归纳总结MD-W恒压供水压力传感器是工程中应用较为广泛的一种传感器，压力传感器选型、安装直接关乎压力测量的 准确性，为此要引起高度重视。作业简述MD-W恒压供水压力传感器安装注意事项。
MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
单元4
液位变送器用户水泵机组水池图4-7 变频恒压控制原理图
变频器压力变送器M
报警信号水池水位信号，
PLC(含PID)
管网压历信号
3 单元4 MD-W 恒压供水压力传感器测量供水压力四、恒压供水压力控制原理框图设计：变频恒压供水系统以供水出口管网水压为控制目标，在控制上实现出口总管网的 实际供水压力跟随设定的供水压力。设定的供水压力可以是一个常数，也可以是一 个时间分段函数，在每一个时段内是一个常数。所以，在某个特定时段内，恒压控 制的目标就是使出口总管网的实际供水压力维持在设定的供水压力上。变频压力传感器扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条， 接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻 条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量 电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。图4-4为扩散硅压阻式压力传感器结构图。
单元4 MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
三、 归纳总结四、作业
MM
教 学 目 标
能力目标
知识目标
(1)能够正确的安装恒压供水压力传感器 (2)熟练的完成接线；(3)能够根据功能调试恒压供水压力传感器
(1)恒压供水压力传感器的工作原理 与特性 ；(2)恒压供水压力传感器的连接方式 以及调试方法(3)恒压供水压力传感器安装调试注 意事项。
给定PID D/A 变频器
图4-8变频恒压系统结构框图
管网压力管道
水泵 机组
接触 器
压力变送器
PLC
A/D
3 单元4 MD-W恒压供水压力传感器测量供水压力四、恒压供水压力控制原理框图设计：恒压供水系统通过安装在用户供水管道上的压力变送器实时地测量参考 点的水压，检测管网出水压力，并将其转换为4—20mA的电信号，此检测信号是实现恒压供水的关键参数。由于电信号为模拟量，故必须通过PLC的A/D转换模块才能读入并与设定值进行比较，将比较后的偏差值进行PID运算，再将运算后的数字信号通过D/A转换模块转换成模拟信号作为变频器的输入信号，控制变频器的输出频率，从而控制电动机的转速， 进而控制水泵的供水流量，最终使用户供水管道上的压力恒定，实现变频 恒压供水。
MD-W恒压供水压力传感器 测量供水压力
五、压力变送器的选型
图4-9 MD-W 恒压供水压力变送器
单元4
MD-W 恒压供水压力传感器，针对在供水系统中变频器的使用，采用抗变频干扰电路，保证输出信号的稳定性。同时，专用电路中对传感器 的偏移、灵敏度、温漂和非线性进行精密补偿，使之具有集成度高、体积 小、精度高、 一致性好、抗干扰能力强、响应速度快等特性。产品特点：>抗变频干扰设计。>多种压力接口，根据客户需要定制压力接口。>可选复合压力量程， 如-100Kpa～1Mpa…1.6Mpa…10MPa。 >体积小、易安装。9-3 2V宽电源供电。优秀的长期稳定性。
项目二压力传感器及其仪表 的安装与调试
任务三压力感器的安装与调试
单元内容一、项目引入二、知识讲解1、 了解变频恒压供水调节系统的工艺 要求及恒压供水系统压力测量系统；2、 熟悉恒压供水系统常用传感器的种 类及选取；3、 掌握恒压供水系统常用传感器的接 线及控制方案设计、安装与调试；4、MD-W恒压供水系统压力传感器的原理 、安装与调试；5、 恒压供水系统压力控制与检测。
单元4 MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
一 、变频恒压供水系统
电桥的输出电压与电阻变化成正比，与恒流源电流成正比，但与温度 无关，因此测量不受温度的影响。
4、扩散硅压阻式压力传感器检测电路设△R₁ 为温度引起的电阻变化：
单元4 MD-W 恒压供水压力传感器 测量供水压力
电桥的输出为：U₀=UBp
MD-W恒压供水压力传感器 测量供水压力
单元4
3
3 单元4 MD-W恒压供水压力传感器测量供水压力一 、变频恒压供水系统3、 恒压供水压力传感器恒压供水压力传感器是在单晶硅片上扩散上一个惠斯通电桥，电压阻 效应使桥壁电阻值发生变化，产生一个差动电压信号。此信号经专用放大 器，再经电压电流变换，将量程相对应的信号转化成标准4~20mA/0~5VDC/0~10VDC 信号。压阻效应：固体受到作用力后，电阻率就要发生变化，这种效应称为 压阻效应。半导体材料的压阻效应特别强。半导体材料的电阻值变化，主 要是由电阻率变化引起的，而电阻率p的变化是由应变引起的。